1、第六章 測量(cling)用信號源6-1、信號(xnho)發(fā)生器的功用和分類一、信號源的作用 信號源是能夠產生不同頻率、不同幅度的規(guī)則或不規(guī)則波形的信號發(fā)生器。 信號源的用途主要有以下三方面： 激勵源。 信號仿真。 標準信號源。共四十二頁放大(fngd)器放大(fngd)倍數的測量共四十二頁1、按輸出(shch)波形分正弦(zhngxin)信號發(fā)生器：脈沖信號發(fā)生器：函數信號發(fā)生器：噪聲信號發(fā)生器：二、信號發(fā)生器分類正弦信號發(fā)生器最具普遍性和廣泛性共四十二頁正弦(zhngxin)信號源特點：1、正弦測試信號的波形(b xn)不受線形電路或系統(tǒng)的影響。2、在線形電路中，正弦激勵的響應是同一頻率的

2、正弦波。3、若已知線形系統(tǒng)對一切頻率的響應，則可確定對任意輸入信號的響應。例如：HP3325A 合成器/函數發(fā)生器共四十二頁3. 按是否采用(ciyng)頻率合成技術分類頻率合成式非頻率合成式 超低頻信號發(fā)生器 0.0001Hz1000Hz； 低頻信號發(fā)生器 1Hz1MHz； 視頻信號發(fā)生器 20Hz10MHz； 高頻(o pn)信號發(fā)生器 200KHz30MHz； 甚高頻信號發(fā)生器 30KHz300MHz； 超高頻信號發(fā)生器 300MHz以上。 2、按頻段分類(指信號的基頻)大致可分為六類：共四十二頁射頻(sh pn)信號發(fā)生器共四十二頁函數(hnsh)發(fā)生器/計數器共四十二頁三、信號源的主

3、要(zhyo)技術指標1、關于(guny)頻率頻率特性（1）范圍（2）準確度（3）穩(wěn)定性共四十二頁2、關于(guny)電平輸出特性（1）輸出(shch)信號的幅度（有效值、絕對電平）(2) 輸出電平的讀出(3) 輸出特性輸出電平范圍。輸出電平的頻響輸出電平準確度輸出阻抗輸出信號的非線性失真系數和頻譜純度。共四十二頁例如：某低頻信號發(fā)生器的主要性能指標（1）頻率范圍。1Hz20KHz或延伸到1MHz（2）頻率穩(wěn)定度。（0.10.4）%/小時（3）頻率的準確度。 (12)%（4）輸出電壓。010V連續(xù)可調（5）輸出功率。0.55w連續(xù)可調（6）輸出阻抗。50、75、150、600和5K（7）非線性

4、失真系數(xsh)。(0.11)%（8）平衡輸出與不平衡輸出方式。共四十二頁第六章 測量用信號源一、概述(i sh)： 利用一個或數個晶振，通過加減乘除四則運算，最終(zu zhn)得到頻率準確度穩(wěn)定在晶振量級上的一系列新頻率。6-2 頻率合成信號發(fā)生器頻率1輸出石英晶體代數運算（加、減、乘、除）頻率合成原理頻率n輸出基準頻率頻率要求：頻率準確度、穩(wěn)定度、分辨率、相位噪聲、諧波頻譜、及雜散頻譜、頻率轉換時間等要求1、原理共四十二頁2、優(yōu)點(yudin)：特點(tdin)：頻率可調，準確度低。普通信號源：高準確度的信號源：頻率 f=C特點：準確度高，頻率不可調。頻率合成式信號發(fā)生器：取長補短。共

5、四十二頁1、直接模擬(mn)合成法最早采用(ciyng)的方法二. 頻率合成分類及特點 直接法是將振蕩器基準頻率通過諧波發(fā)生器產生一系列諧波，將這些諧波接在開關上，通過開關的通斷來選出所需頻率的各位數字，然后通過合成得到所需的頻率。例如，我們想要得到頻率為4.735MHz，我們使用的基準頻率為1MHz，通過諧波發(fā)生器產生十個諧波，將它們接在一系列縱橫制開關上，請看下圖。優(yōu)點：較快的頻率轉換速度缺點：體積大、重量大、價格高、不易集成共四十二頁第六章 測量用信號源4.735MHz1MHz3.5MHz3.5MHz1 101 101 10輸出頻率諧波發(fā)生器基準頻率4MHz0.735MHz7MHz0.3

6、5MHz3MHz0.5MHz12345678905MHz0.35MHz7.35MHz0.735MHz共四十二頁2、間接(jin ji)合成法-鎖相合成法克服(kf)了直接合成法的缺點fiPDLPFVCOfo原理：它利用鎖相環(huán)（PLL）把壓控振蕩器（VCO）的輸出頻率鎖定在基準頻率上，這樣通過不同形式的鎖相環(huán)就可以在一個基準頻率的基礎上合成不同的頻率。優(yōu)點：易于集成化，體積小，結構簡單，功耗低，價格低等缺點：頻率切換時間相對較長，相位噪聲較大。共四十二頁3、直接數字頻率(pnl)合成利用RAM和DAC結合，通過控制電路，從RAM單元中讀出數據，再進行數模轉換，得到一定頻率(pnl)的輸出波形。優(yōu)

7、點：能實現快捷變和小步進，易實現頻率和相位的控制，且集成度高，體積小缺點：頻率上限較低，雜散也較大。 共四十二頁頻率合成技術的發(fā)展趨勢 各種( zhn)頻率合成方式的綜合: 直接式、間接（鎖相環(huán)）式和直接數字式頻率合成技術都有其優(yōu)缺點 ，單獨使用任何一種方法，很難滿足要求。因此可將這幾種方法綜合應用，特別是DDS與PLL的結合,可以實現快捷變，小步進及較高的頻率上限。共四十二頁（1）鎖相環(huán)的組成(z chn)基本鎖相環(huán)是由基準頻率源、鑒相器（PD）、環(huán)路濾波器（LPF）和壓控振蕩器（VCO）組成的一個閉環(huán)反饋系統(tǒng)。鎖相環(huán)控制系統(tǒng)原理圖frVrVCOPDLPFVofOVd1、鎖相環(huán)的基本概念三、

8、鎖相式頻率(pnl)合成器的工作原理 環(huán)路鎖定時，fo=fr。共四十二頁 （2）、鎖相環(huán)的主要性能指標:同步帶寬 ： 鎖定條件下輸入頻率所允許的最大變化范圍 捕捉帶寬 ： 環(huán)路最終能夠自行進入鎖定狀態(tài)的最大允許的固有頻差 環(huán)路帶寬 : 鎖相環(huán)的頻率特性具有(jyu)低通濾波器的傳輸特性，其高頻截止頻率稱為環(huán)路帶寬。共四十二頁2、 鎖相環(huán)的幾種基本(jbn)形式 （1）、混頻(hn pn)式鎖相環(huán)對輸入頻率進行加減運算的鎖相環(huán)。如圖石英振蕩器輸出頻率輸出頻率混頻器鑒相器共四十二頁第六章 測量用信號源VCOPD石英(shyng)振蕩器內插振蕩器fi2調諧(tioxi)fi1fo(-)Mfo=fi1

9、+fi2輸出fo-fi1vivdv2fi2 (一)混頻式鎖相環(huán)共四十二頁共四十二頁VCOPD 石英(shyng)振蕩器fifofo=Nfi輸出(shch)vi 脈沖形成電路PDVCO Nfifo/Nfo=Nfi脈沖控制環(huán)數字倍頻環(huán)(2)、倍頻式鎖相環(huán)兩種形式：共四十二頁PDVCO Nfifo/Nfo=fi/NPDVCOfifo/Nfo=fi/N(三)分頻(fn pn)式鎖相環(huán)脈沖(michng)控制環(huán)數字分頻環(huán)兩種形式：共四十二頁（1）、多環(huán)合成(hchng)單元目的：滿足輸出頻率(pnl)覆蓋范圍并連續(xù)可調，以及提高頻率(pnl)分辨力3、提高頻率分辨力的鎖相合成技術頻率增量越小，轉換時間越

10、長，為避免，通常采用以下：（2） 小數分頻法（3） 微差混頻法共四十二頁例：實現(shxin) f0=Nfi+fi2(1)多環(huán)合成(hchng)單元VCOVCOPDPDfi2=100_110kHz鎖定指示Nfi1Nfi1S1212p1fo=Nfi1+fi2f1(1)(2)(3)(4)(6)(5)(7)(8)(9)(10)fi1=10kHz共四十二頁第六章 測量用信號源引進鎖定指示(zhsh)的原因：N fr（N-1）fr（N+1）fr重疊(chngdi)部分如同步帶寬太大，會出現假鎖。為防止假鎖，引入鎖定電路fH=1)進行累加，則可在fc和ROM數據不變的情況下改變輸出頻率，此時fo為：地址計

11、數器（N）正弦波ROM存儲器D/ALPFfcfoDDS組成原理共四十二頁2 相位(xingwi)累加器原理 當改變地址計數器計數步進值（即以值M來進行累加），并同時改變每周期采樣點數，從而實現輸出頻率的改變 。地址計數器步進值改變可以(ky)通過相位累加法來實現 相位鎖存器頻率控制字M相位累加器fr波形存儲RAMD/A轉換LPFfo2448位1416位相位累加器原理共四十二頁設相位(xingwi)累加器位數為N，頻率控制字為M，參考時鐘頻率為fc，則DDS輸出頻率為：實際(shj)應用中一般取1M(N-2) 共四十二頁任意波發(fā)生器（Aibitray Wave Generator）：能產生(chnshng)任意波形的信號發(fā)生器 。 二、任意(rny)波形發(fā)生器1 AWG的工作原理任意波形發(fā)生器的原理與DDS基本相同，如下圖所示 波形存儲器D/A轉換器濾波器fs輸出任意波形發(fā)生器原理共四十二頁2 AWG的主要(zhyo)技術指標 波形編輯功能。 輸出(shch)波形頻率。 相位分辨力。 幅度分辨率。 輸出通道數。共四十二頁內容摘要第六章 測量用信號源。信號源是能夠產生不同頻率、不同幅度的規(guī)則或不規(guī)則波形(b xn)的信號發(fā)生器。1、正弦測試信號的波形(b xn)不受線形電路或系統(tǒng)的影響。2、在線形電路中，正弦激勵的響應是同一頻率的正弦波。3. 按是否采用頻率合成技術分類。